与[Fe]-氢化酶活性部位密切相关的单核铁化合物的合成及其结构研究

摘要

氢化酶是一类能够可逆催化氢气和质子相互转换的金属蛋白酶，近年来有关它们的仿生化学研究已经成为金属有机化学和生物无机化学研究的热点。[Fe]-氢化酶能够催化底物N5，N10-次甲基四氢甲喋呤和H2可逆还原为N5，N10-亚甲基四氢甲喋呤和质子，该反应是CO2被H2还原生成甲烷的一个中间步骤。这类氢化酶只在产甲烷古生菌中存在，化学模拟[Fe]-氢化酶活性部位结构是一项具有挑战性的科学任务，这项工作可以让人们更深入的理解天然[Fe]-氢化酶的结构和功能。本论文描述了[Fe]-氢化酶活性部位模型物的合成及其结构研究，主要成果如下所述:
　　1.本论文共合成18个新化合物，并对它们进行了元素分析、1H NMR、13C NMR和红外吸收光谱表征，对部分化合物进行了31p NMR、电化学性能测试。此外，用X射线衍射技术测得并解析了其中7个化合物的单晶结构。
　　2.第二章介绍了含MeOCH2保护基的[Fe]-氢化酶活性部位模型物的合成及其结构研究。以Na2Fe(CO)4·(1，4-dioxane)1.5为铁源和含有对甲基苯磺酸酯的吡啶双取代衍生物发生取代反应，未经分离通过碘单质氧化形成二价铁的中间物，最后与具有亲核性的硫盐配体发生取代反应从而生成相应的模型物。本章合成并表征了4个配体:[2-MeO2C-6-MeOCH2OC5H3N](1)、[2-HOCH2-6-MeOCH2OC5H3N](2)、[2-TsOCH2-6-MeOCH2OC5H3N](3)、[2-CH3-6-OCH2OMeC5H3N](12)和7个模型物:[(2-CH2CO-6-OCH2OMe-C5H3N) Fe(CO)2I](5)、[(2-CH2CO-6-OCH2OMeC5H3N)Fe(CO)2(NCS)](6)、[(2-CH2CO-6-OCH2OMe-C5H3N)Fe(CO)2(S SCPh)](7)、[(2-CH2CO-6-OCH2-OMeC5H3N) Fe(CO)2PPh3I](8)、[(2-CH2CO-6-OCH2OMeC5H3N) Fe(CO)2CN-C6H11I](9)、[(2-CH2CO-6-OCH2OMeC5H3N)Fe(CO)2(C5H4NS)](10)、[(2-CH2-CO-6-OCH2OMeC5H3N)Fe(CO)2(C9H6NS)](11)。培养并测得模型物5、6、8、10的单晶结构，并将模型物的晶体数据和天然酶的晶体数据进行对比。
　　3.第三章阐述了S-S或O-O键参与的氧化/羰基插入反应在[Fe]-氢化酶活性部位化学模拟中的应用。同上述，双取代吡啶衍生物和Na2Fe(CO)4·(1，4-dioxane)1.5发生取代反应得到离子型金属有机中间物，原位加入二硫醚或过氧化物生成[Fe]-氢化酶活性部位模型物。本章合成并表征了1个配体:[2-TsOCH2-6-BrC5H3N](7)和6个模型物:[(2-CH2CO-6-CH2OH-C5H3N)Fe(CO)2(6-Me-2-SC5H3N)](3)、[(2-CH2CO-6-OCH2OMeC5H3N)Fe(CO)2(6-Me-2-SC5H3N)](6)、[(2-CH2CO-6-BrC5H3N)Fe(CO)2(6-Me-2-SC5H3N)](9)、[(2-CH2CO-6-CH2OH)Fe(CO)2(OOCPh)](10)、[(2-CH2CO-6-CH2OH) Fe(CO)2-(SOCPh)](11)、[(2-CH2CO-6-CH2OH)Fe(CO)2(SSCPh)](12)。培养得到了模型物3、6、10的晶体结构，并将这些模型物的晶体数据和天然酶的晶体数据进行比对。选取模型物10和12进行电化学的初步测试。
　　4.附录中按照已知路线合成了含铜卟啉大环的[FeFe]-氢化酶模型物2。通过正己烷向二氯甲烷溶液的扩散培养并得到模型物2的晶体，对其开展了X-射线衍射研究和相应的数据分析。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 [Fe]-氢化酶的发现

1．2 活性部位结构的认识

1．3 [Fe]-氢化酶单晶的主要数据

1．4 [Fe]-氢化酶活性因子的化学模拟

1．5 [Fe]-氢化酶催化机理研究

1．6 本章小结

参考文献

第二章 含保护基MeOCH2的[Fe]-氢化酶活性部位模型物的合成及其结构研究

2．1 结果与讨论

2．2 模型物和天然酶单晶数据对比

2．3 实验部分

2．4 本章小结

参考文献

第三章 S-S或O-O键参与的氧化／羰基插入反应在[Fe]-氢化酶活性部位化学模拟中的应用

3．1 结果与讨论

3．2 模型物和天然酶单晶数据对比

3．3 电化学测试

3．4 实验部分

3．5 本章小结

参考文献

附录

致谢

作者简介